DE60202690T2 - Abgaseinheit für brennkraftmaschinen, insbesondere für hochleistungs- kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Abgaseinheit für Motoren, insbesondere für Hochleistungsfahrzeuge.
• Heutzutage benutzte Abgaseinheiten in Verbrennungsmotoren weisen einen Satz von Rohren auf, die mit Auslassöffnungen des Motors verbunden werden können, welche wiederum in eine einzige Endleitung konvergieren, die zu einem Katalysator oder, in Sportwagen, unmittelbar zu einem Schalldämpfer führt (siehe beispielsweise US 3 670 944 ). Insbesondere bei Hochleistungsmotoren, wie sie im Sport und in Wettkämpfen eingesetzt werden, ist es wichtig, das Abgassystem passend zu gestalten, unter besonderer Berücksichtigung der Strömungsdynamik und des Strömungswiderstandes des Gasstroms, da diese Faktoren die Leistung des Motors erheblich beeinflussen können.
• Diesbezüglich hat es sich als zweckdienlich erwiesen, dass die Abgase aus den unterschiedlichen Zylindern im Wesentlichen gleich langen Wegen folgen und dass die Rohre mit glatten Winkeln in das Abgasendrohr passen, um lokale Widerstände für den Gasstrom zu vermeiden. Allgemein besteht das Ziel darin, die Einmündung der Gase in die Endleitung zu fördern und zugleich zu vermeiden, dass die von den unterschiedlichen Zylindern kommenden Gase sich kreuzen und behindern können.
• Abgassysteme, die zum Optimieren der Motorleistung gemäß den obigen Kriterien ausgelegt sind, sind allgemein ziemlich voluminös und, insbesondere aufgrund ihrer monolithischen Struktur, schwierig in dem Fahrzeug zu integrieren, welches normalerweise für Standardabgasanlagen konstruiert ist. Folglich umfasst ihr Einbau ein Demontieren des Motors, was eine schwierige und zeitaufwendige Arbeit ist.
• Darüber hinaus machen es die kleinen Abmessungsunterschiede, die zwischen unterschiedlichen Karosserien unvermeidbar sind, selbst wenn sie zu demselben Modell gehören, und die auf Toleranzen bei der Herstellung und dem Zusammenbau zurückgehen, es notwendig, dass solche Abgassysteme ein gewisses Maß an Adaptierbarkeit beim Zusammenbau haben.
• Diese Anforderung ist bis jetzt nicht zufriedenstellend erfüllt worden, einerseits aufgrund der Schwierigkeit des Einfügens flexibler Bauteile in die Rohre wegen ihrer hohen Betriebstemperaturen, die es nicht gestatten, synthetische Materialien zu verwenden, und andererseits aufgrund des Erfordernisses, eine perfekte Abdichtung an den Verbindungsstellen zu gewährleisten, um Gasleckagen in Zwischenbereichen der Einheit zu vermeiden.
• Es ist die Hauptaufgabe der Erfindung, eine Abgaseinheit für Brennkraftmaschinen bereitzustellen, die die Merkmale aufweist, welche normalerweise in Hochleistungsfahrzeugen benötigt werden, und zugleich eine einfachere Installation ermöglicht und insbesondere auf das Erfordernis verzichtet, den Motor ausbauen zu müssen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgaseinheit mit einer hohen Adaptierbarkeit hinsichtlich der Herstell- und Zusammenbautoleranzen der Karosserie bereitzustellen, in die sie eingebaut wird.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Abgaseinheit mit Kosten vergleichbar denen bisheriger Einheiten bereitzustellen und die einfach herzustellen ist, und die darüber hinaus durch auf dem Fachgebiet bekannte und sich bereits im Einsatz befindliche Abläufe hergestellt werden kann.
• Die obigen und weitere Ziele und Vorteile, die sich untenstehend besser ergeben werden, werden durch die Erfindung mittels einer Abgaseinheit erzielt, die die im Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale hat, während die abhängigen Ansprüche andere vorteilhafte Merkmale definieren.
• Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Beispielzwecken dienende und nicht einschränkende Darstellung in den beigefügten Figuren genauer offenbart, in denen:
• 1 eine räumliche Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Abgaseinheit ist,
• 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Details der Abgaseinheit ist,
• 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Abgaseinheit aus 1 entlang einer Linie III-III aus 2 ist,
• 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Abgaseinheit aus 1 entlang einer Linie IV-IV aus 3 ist,
• 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Details der Abgaseinheit aus 1 entlang einer Linie V-V aus 3 ist.
• Unter Bezugnahme auf die oben aufgeführten Figuren zeigen diese eine Abgaseinheit 10, die mit einem vier Zylinder in Reihe aufweisenden Motor verbindbar ist, mit vier Rohren 12a, b, c, d, welche mit Flanschen 14a, b, c, d zum Verbinden mit den Auslassöffnungen des Motors versehen sind, wobei die vier Rohre sich in einem Krümmer 16 vereinigen, wie untenstehend genauer beschrieben ist.
• Die Rohre 12a, b, c, d sind so gestaltet, dass ihre Längen im Wesentlichen gleich sind und sie enthalten deshalb gebogene Abschnitte, die am besten im Rohr 12d erkennbar sind, welches nahe dem Krümmer 16 an den Motor anschließt und folglich mehrere Krümmungen benötigt, um den Gasweg länger zu machen.
• Der Krümmer 16 umfasst vier Rohrstutzen 18a, b, c, d, in die die entsprechenden Rohre 12a, b, c, d eingeführt werden. Die Stutzen 18a, b, c, d führen zu einer Box 20, aus der sich eine einzelne Leitung 22 erstreckt. Die Leitung 22 kann mit den Abschlussbauteilen des Abgassystems verbunden sein. Vorteilhaft erstrecken sich sowohl die Rohrstutzen als auch die Leitung in im Wesentlichen parallelen Richtungen.
• Gemäß der Erfindung sind die Rohrstutzen 18a, b, c, d bei 24a, b, c, d an ihren Verbindungsenden erweitert. Metalldichtungen 26a, b, c, d, welche jeweils die Rohre 12a, b, c, d umgeben und im Wesentlichen kugelsegmentförmige Außenflächen haben, werden durch elastische Mittel in dichtender Anlage gegen die erweiterten Enden 24a, b, c, d gehalten.
• Für eine bessere Verformbarkeit könnten die Dichtungen auch aus einem Metallnetz hergestellt sein, welches mit synthetischen und/oder Graphitfasern verwoben ist.
• Die elastischen Mittel umfassen eine Platte 28 mit vier Bohrungen, welche die Rohre 12a, b, c, d aufnehmen, und die durch vier Schraubenzugfedern 30 zum Drücken der Bohrungsränder gegen die Dichtungen vorgespannt ist. Diese sind an ihren Enden mit Haken versehen, so dass sie an einem Ende in Schlitze 32, die nahe dem Rand der Platte 28 ausgeführt sind, und an dem anderen Ende in vier Brücken 34 einha ken, welche über einander benachbarte Rohrstutzen geschweißt sind und Haken aufnehmende Kerben aufweisen.
• Die kugelsegmentförmige Gestalt der Dichtungen hilft eine Abdichtung in den Verbindungen aufrechtzuerhalten, selbst wenn die Rohre und die Rohrstutzen nicht genau fluchten sollten.
• Obwohl ein Vierrohr-Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, das für Achtzylindermotoren geeignet ist, kann die Erfindung ersichtlich auf Motoren mit einer anderen Zylinderanzahl angewendet werden, gemeinhin sechs, zehn oder zwölf: Basierend auf demselben erfindungsgemäßen Konzept reicht es aus, die Änderungen vorzunehmen, die für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sind.
• Ebenso können, obwohl die Dichtungen vorzugsweise eine kugelsegmentförmige Außenfläche haben, die dabei hilft, eine Dichtung in den Verbindungsstellen zu halten, selbst wenn die Rohre und die Rohrstutzen nicht genau fluchten, die Dichtungen auch eine andere Gestalt haben, die sich als geeignet erweist, etwa kegelstumpfförmig.
• Auch kann eine größere oder kleinere Anzahl geeignet angeordneter Schraubenfedern dazu verwendet werden, die Platte in Anlage gegen die Dichtungen zu drücken.
• Ferner können die Dichtungen mittels Paaren gegenüberliegender Ringe gegen die erweiterten Rohrenden gedrückt werden, wobei ein Ring auf den Boden der Dichtung wirkt, ein weiterer Ring auf den Rohrstutzen hinter den erweiterten Enden angeordnet ist und die Ringe durch elastische Mittel wie z.B. elastische Bänder oder ähnliches aufeinander zu gezogen werden. Die Platte kann perforiert sein, um die Abgaseinheit leichter zu machen.
• Eine so gestaltete Abgaseinheit hat ein fluidmechanisches Verhalten, das die Leistung des Motors optimiert. Der Krümmer mit vier Rohrstutzen, die sich in einem Kasten vereinigen, aus dem sich eine einzige Leitung erstreckt, vermeidet abrupte Richtungsänderung in dem ausgestoßenen Fluid, wodurch der Strömungswiderstand verringert wird.
• Darüber hinaus kann durch Verwenden desselben Krümmers die Länge und Form der Rohre optimiert werden, basierend auf den verschiedenen die Motorleistung beein flussenden Faktoren und in Übereinstimmung mit den internen Beschränkungen des Fahrzeugs.
• Diese Vorteile beeinträchtigen jedoch nicht die Einfachheit der Installation, weil durch Verwenden des Dichtmechanismus mit kugelsegmentförmigen Dichtungen gemäß der Erfindung die Rohre mit dem Motor verbunden werden können und sie erst danach mit den Endteilen des Abgassystems durch den Krümmer verbunden werden, wodurch die Zusammenbauschritte beträchtlich vereinfacht werden und der Ausbau des Motors zum Installieren der Abgaseinheit umgangen wird.
• Die obige Abgaseinheit hat ein hohes Maß an Adaptierbarkeit, welches es ihr ermöglicht, mit den Herstell- und Zusammenbautoleranzen von Fahrzeugkarosserien fertig zu werden, wenn man bedenkt, dass die Rohr/Krümmerverbindung in Längsrichtung einstellbar ist durch Ändern der Einführtiefe der Rohre in die Rohrstutzen und dass ferner geringe Fehlausrichtungen durch die kugelsegmentförmige Gestalt der Dichtungen absorbiert werden.
• Ein noch weiterer Vorteil einer wie oben ausgeführten Abgaseinheit besteht darin, dass ihre Kosten vergleichbar mit bekannten Abgaseinheiten sind, da sie einfach herzustellen ist und keine Geräte oder Vorgänge erfordert, die in der Industrie nicht bereits im Einsatz sind.
• In der Praxis können sowohl die verwendeten Materialien als auch ihre Abmessungen in Abhängigkeit der Umstände nach Belieben gewählt werden.

Claims (8)

1. Abgaseinheit für Brennkraftmaschinen, mit mehreren Rohren (12a, b, c, d), die zum Verbinden mit den Abgasauslässen einer Reihe eines Motors ausgestaltet sind, wobei die Rohre miteinander verbunden werden in einem Krümmer (16) mit einer gleichen Anzahl von Rohrstutzen (18a, b, c, d), von denen jeder eines der Rohre aufnimmt, und wobei die Rohrstutzen zu einer Box (20) führen, aus der sich eine Leitung (22) erstreckt, die mit endseitigen Teilen der Abgaseinheit verbindbar ist, wobei jeder Rohrstutzen an seinem verbundenen Ende ein konisch erweitertes Ende (24a, b, c, d) aufweist, gegen das eine ringförmige Dichtung (26a, b, c, d), die das zugehörige Rohr umgibt, durch elastische Mittel (28, 30, 32, 34, 36) in Anlage gepresst wird.
2. Abgaseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12a, b, c, d) im Wesentlichen gleiche Längen aufweisen.
3. Abgaseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Mittel (28, 30, 32, 34, 36) eine Platte (28) umfassen, die Bohrungen zur Aufnahme der Rohre hat und mit den Bohrungsrändern durch wenigstens eine Schraubenzugfeder (30) gegen die ringförmigen Dichtungen gedrängt wird, wobei die Feder an einem Ende in die Platte und am entgegengesetzten Ende in den Krümmer (16) eingehängt ist.
4. Abgaseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmer (16) wenigstens eine Brücke (34) aufweist, die zum Einhängen der wenigstens einen Schraubenfeder (30) über zwei benachbarte der Rohrstutzen (18a, b, c, d) geschweißt ist.
5. Abgaseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Dichtungen (26a, b, c, d) im Wesentlichen kugelsegmentförmige Außenflächen haben.
6. Abgaseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstutzen (18a, b, c, d) und die Leitung (22) in im Wesentlichen parallelen Richtungen verlaufen.
7. Abgaseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Rohre (12a, b, c, d) gebogene Abschnitte aufweist, um die Rohrlänge zu vergrößern.
8. Abgaseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (28) mittels Durchbrechungen leichter gemacht ist.